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Vorrichtung, um einen auf schwankender Unterlage kardanisch gelagerten
Körper mit Hilfe eines Kreiselsystems von den Schwankungen der Unterlage unabhängig
zu machen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine-Vorrichtung, um einen auf schwankender
Unterlage (z. B. auf einem Schiff oder auf einem Luftfahrzeug) kardanisch gelagerten,
Körper (z. B. ein Geschütz oder ein Fernrohr) mit Hilfe eines Kreiselsystems von
den Schwankungen der Unterlage unabhängig zu machen.
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Nach der Erfindung werden zwei von dem Kreiselsystem gesteuerte hydraulische
Hilfsmotoren vorgesehen, von denen der eine einen auf der Unterlage drehbaren gabelförmigen
Träger und der andere, den in diesem Träger drehbar gelagerten Körper in bezug auf
seine Drehachse stabilisiert.
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Die Zeichnung veranschaulicht in einem Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung
zum Stabilisieren eines Schiffsgeschützes.
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Fig. i stellt einen Querschnitt der Vorrichtung nach A-B der Fig.
5 dar.
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Fig. i a zeigt eine Einzelheit im Schnitt und in größerem Maßstäbe.
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Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine die Wirkungsweise der die
Höhenschwingungen des Geschützrohres regelnden Vorrichtung.
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Fig. 3 zeigt eine Rückansicht der in Fig. i dargestellten Vorrichtung.
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In Fig. q. ist die Wirkungsweise der die Seitenschwingungen des Geschützrohres
regelnden Vorrichtung nach Fig. 3 schematisch dargestellt.
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Fig. 5 ist ein Grundriß der Fig. i.
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Fig. 6 stellt den zur Einstellung der Höhenrichtung des Geschützes
dienenden Bestandteil, dar. ' Auf einem um eine lotrechte Achse C-D drehbaren Hauptzapfen
i ist in zwei Lagerböcken 2 ein gabelförmiger Träger 3 um eine Achse E-F drehbar
gelagert. Auf diesem Träger ist ein Geschützrohr q. mittels zweier Zapfen 5 drehbar
so angeordnet, daß seine Drehachse G-H auf der Drehachse E-F des Trägers senkrecht
steht. Au dem einen dieser Zapfen 5 ist ein Hebelarm 5, 6 aufgekeilt, mit dessen
Hilfe der die Höhenrichtung des Geschützrohres regelnde Hilfsmotor 7 das Geschützrohr
einrichten kann.
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Die beiden Zylinder des die Höhenrichtung regelnden hydraulischen
Hilfsmotors 7 und des die Seitenrichtung regelnden Hilfsmotors 8 sind in symmetrischer
Anordnung an dem Träger 3 befestigt. Der Hilfsmotor 8 dient dazu, unter Vermittlung
des an den Hauptzapfen i angeschlossenen Gelenkes g_ sowie des an den Zylinder des'Hilfsmotors
angeschlossenen Gelenkes iö und des zwischen diesen beiden Gelenken sitzenden doppelarmigen
Hebels ir, 12 den Träger 3 in der Bildebene der Fig. 3 in der vertikalen Richtung
festzustellen, d. h. die Schwingungen des Geschützrohres um die Achse E-F zu verhindern.
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Das Geschützrohr kann man nur dann in einer beliebigen Höhenrichtung
festhalten, wenn es gelingt, die Stellung des Geschützrohres von den Schwingungen
des Schiffskörpers um die Richtungen E-F und G-H unabhängig zu machen. Die zu lösende
Aufgäbe besteht also darin, eine Einrichtung zu schaffen, die bei Schwingungen des
Schiffskörpers
das Geschützrohr um zwei zueinander senkrechteRichtungenin
demdenSchwingungen entgegengesetzten Sinne derart zurückdreht, daß die resultierende
Verdrehung des Geschützrohres gleich Null ist, daß also seine Richtung unverändert
bleibt. Diese Aufgabe wird im Sinne der Erfindung durch die beiden Hilfsmotoren
7 und 8 mittels der an dem Träger 3 gelagerten beiden Kreisel 13 und 14 gelöst.
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Aus -Fig. 2 ist das Zusammenwirken des Hilfsmotors 7 und des Kreisels
i¢ zur Verhinderung der Schwingungen um die Achse .G-H ersichtlich.
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Fig. ia zeigt .eine vorteilhafte Steuerung des durch den .Kreisel
14 gesteuerten Hilfsmotors 7. Der Kreisel ist im Kardanring 14a aufgehängt. Ein
mit diesem Kardanring fest verbundener Hebelatrn 48 zeigt den praktisch konstanten
Horizont an.
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Mit dem Arm 48 ist mittels eines Lenkers q9 ein Doppelhebel 15,
16, 17 verbunden, dessen Arm 15, 16 gleich dem Arm .48 und dessen Arm 16,
17 gleich dem an dem Zapfen 5 des Geschützrohres angreifendem Arm 5, 6 ist.
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Der an dem Punkt i6 angeschlossene Hilfsschieber 2i a schließt in
der dargestellten Mittellage die Zylinderräume i8a und iga des Hauptschiebers 21.
Wird jedoch der Hilfsschieber in der Pfeilrichtung bewegt, so wird Raum 18 a mit
der Druckleitung 2o, Raum ig a mit der Atmosphäre verbunden. Demzufolge wird der
Hauptschieber mittels einer Druckflüssigkeit stets gezwungen den Bewegungen des
Hilfsschiebers 21 a genau zu folgen, ohne inzwischen durch seinen Reibungswiderstand
den-Arm 48 merklich zu belasten. Demzufolge kann man die Wirkungsweise der Vorrichtung
nachstehend derart beschreiben, als wäre der Hauptschieber 21 mit dem Punkt 16 unmittelbar
in Verbindung.
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Der an den Punkt 16 angeschlossene Schieber 21 schließt in der dargestellten
Ruhelage die Zylinderräume 18 und ig des Hilfsmotors 7 ohne Überdeckung. Durch die
Flüssigkeit in den Zylinderräumen ist nun die Lage des Punktes 17 in bezug auf den
Hilfsmotor festgestellt.
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Es sei angenommen, daß eine Welle die in Fig. i dargestellte Vorrichtung
in der Bildebene, also um die Achse G-H im Sinne des Uhrzeigers verdreht. Da der
Kreisel seine räumliche Lage unverändert beizubehalten bestrebt ist, wird in diesem
Falle, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, der Arm 48 zurückbleiben und auf diese Weise
den Punkt 15 abwärts drücken. Zu Beginn des Zeitraumes ist der Punkt i7 jedoch festgestellt,
infolgedessen wird der Doppelhebel 15, 16, Z7 als einarmiger Hebel wirken und, gestützt
auf den festen Punkt 17, den Schieber zz mittels des Gelenkei 16 abwärts - bewegen.
Diese Abwärtsbewegung des Schiebers 21 ist jedoch sehr gering, da der Schieber,
sowie er aus seiner Mittelstellung verschoben ist, sofort eine Verbindung zwischen
der Druckleitung zo und dem Zylinderraum ig und eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum
18 und der Atmosphäre herstellt, was zur Folge hat, daß der Kolben 22 des Hilfsmotors
7 sich nach aufwärts bewegt und durch Vermittlung des Hebels 5, 6 in einer zur Bewegungsrichtung
des Uhrzeigers entgegengesetzten Richtung das Geschützrohr zurückdreht und den Schieber
21 in seine Mittelstellung zu bewegen trachtet.
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` Daß das Zurückdrehen des Geschützrohres mit den Schwingungen des
Schiffskörpers praktisch gleichzeitig und in gleichem Ausmaße vor sich geht, geht
aus der nachstehenden Überlegung klar hervor.
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Die Wirkungsweise des in Fig. 2 dargestellten Hilfsmotors ist grundsätzlich
eine solche, daß die Bewegung des Hilfsmotorkolbens entgegengesetzt ist zu derjenigen
des Punktes 15, Sobald also der Schieber 21 aus seiner Mittelstellung verschoben
wird, führt der Häfsmötorkolben sofort eine derartige Bewegung aus, daß der Schieber
wieder in seine Mittelstellung zurückgebracht wird. Wenn nun die Bewegung des Punktes
15. bei einem beliebigen, in Fig. 2 dargestellten, Neigungswinkel ß aufgehoben wird,
so gelangt auch Schieber 2i sofort in seine Mittelstellung zurück, wodurch gleichzeitig
auch die Bewegung des Hilfsmotorkolbens aufhört. Die jeweilige Ruhestellung des
Kolbens kann leicht dadurch .ermittelt werden, daß man die durch die neue Stellung
des Punktes 15 und die ursprüngliche, d. h. der Mittelstellung entsprechende Lage
des Punktes 16 gelegte Gerade bis zur Kolbenstange des Hilfsmotors verlängert. In
diesem Falle ist es aber klar ersichtlich; daß der Hebel 15, 17 parallel zum Arm
48 verläuft, da sowohl die Entfernung zwischen dem Drehpunkt des Hebels 48 und dem
Punkte 16 als auch die Entfernung zwischen dem Gelenk des Hebels 48 und dem Punkte
15 konstant ist und die Längen 48 und 15, 16 gleich groß sind. Da aber auch die
Entfernung des Punktes 16 von dem Punkt 5 sich nicht verändert hat und auch die
Längen 16, 17 und 5, 6 gleich groß sind, so ist auch die Richtung des Armes 5, 6
zu derjenigen von 15, 17 parallel. Da der Hebel 48 horizontal geblieben ist, ist
demnach auch die Richtung von 15, 17 und mit ihr das mit dem Hebel 5, 6 festverbundene
Geschützrohr horizontal geblieben.
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Es ist also gelungen, das Geschützrohr in bezug auf das um den Winkel
ß geneigte System in gleichem Maße, d. h. ebenfalls um den Winkel ß zurückzudrehen.
Das genaue Zurückdrehen ist vorläufig nur, - für einen Augenblick des Ruhezustandes
ewiesen; es
ist jedoch noch fraglich, ob im Verlaufe der Wirkung,
also in der Schwingungsperiode, zwischen Wellenberg und Wellental, das Geschützrohr
nicht zurückbleibt, also eine gewisse Neigung aufweist.
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Wie in, der Beschreibung der Wirkungsweise schon erwähnt, ist es zur
Bewegung-des Hüfsmotorkolbens erforderlich, den Schieber 21 aus' seiner Mittelstellung
herauszubewegen; es ist also sicher, daß das Geschützrohr während des Schwingungsverlaufes
um einen gewissen Betrag nacheilt. Die Lage des Geschützrohres im Verlaufe der Schwingung
mit absoluter Genauigkeit festzustellen, ist demnach eine theoretische Unmöglichkeit.
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Es ist aber sofort ersichtlich, daß es leicht möglich ist, diesen
Nacheilungswinkel unter die Grenzen der Einstellungsgenauigkeit herunterzudrücken.
Zur Bewegung des Hilfsmotorkolbens ist. es nämlich erforderlich, daß das aus dem
Produkt des Kolbenweges und der Kolbenfläche sich ergebende Flüssigkeitsvolumen
durch den Schieber strömen kann. Der Schieber muß also einen gewissen Durchgangsquerschnitt
öffnen, welcher jedoch um so kleiner sein kann, je größer der zur Verfügung stehende
Flüssigkeitsdruck ist. Andererseits kann man aber den sich als Funktion des gegebenen
Flüssigkeitsdruckes ergebenden Öffnungsquerschnitt mit einer um so kleineren Schieberbewegung
erreichen, je größer das Verhältnis des Durchmessers des Ringschiebers zu dem des
Hilfsmotors ist. Der Konstrukteur hat es in der Hand, daß die Schieberbewegung auch
bei raschester Bewegung des Hilfsmotors unter einem vorausbestimmten, geringen Wert
bleibt.
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In diesem Falle ist aber zur Erzielung einer gewissen vorausbestimmten
Einstellungsgenauigkeit nichts weiter zu tun, als die Entfernung 15, 1ö genügend
groß zu bemessen.
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Der Arm 48 schließt sich nicht unmittelbar an den Punkt 15 des Hebels
15, 17 an, sondern, gemäß Fig. 6, an den Punkt 15', während der Punkt 15 des Hebels
15, 17 sich an den Punkt 23 gelenkig anschließt.
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Die zur Drehachse G-H parallele Achse in, n der zur Einstellung
der Höhenrichtung dienenden Vorrichtung nach Fig. 6 liegt in der Mittelstellung
des Schiebers hinter dem Punkt 16 (Fig. i). Die Vorrichtung besteht in der Hauptsache
aus einer Büchse 26, die auf zwei Wellen achsial einstellbar gelagert ist, mit deren
einer, 24, sie mittels _ Schraubennut und Paßstifts, und mit deren anderer, 25,
sie mittels Nut und Feder im Eingriff steht. Wenn man durch Verdrehen des auf die
Achse 28 aufgekeilten Zahnrades 27 mittels des Handrades 9,9 (Fig. i) die Büchse
26 achsial verschiebt, so verdreht sich die Achse 24 gegenüber der Achse 25, wodurch
gleichzeitig die Neigung des Hebels 23 und die Höhenrichtung des Geschützrohres
geändert wird. Für einen Beobachter, der sich auf einem Sitz 31 am Geschützrohr
befindet, ist es möglich, mittels des Handrades 29 durch Anlassen des die Höhenrichtung
regelnden Hilfsmotors die Höhenrichtung so lange zu verändern, bis die Zielmarke
des Fernrohrs 30 sich mit dem Zielpunkt deckt. Eine in der Zeichnung nicht dargestellte
schwingbare Gabelführung und die Einschaltung eines Kugelgelenkes in die Stange
28, für deren teleskopartige Verlängerung gesorgt sein muß, gewährleisten, daß das
Zahnrad 27 ständig mit der Verzahnung der Hülse 26 im Eingriff bleibt.
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Zur Erläuterung des die Schwingungen des Trägers 3 um die Achse E-F
verhindernden Vorganges sei wieder vorausgesetzt, daß sich der Schiffskörper unter
der Einwirkung der in Fig. 4 schematisch dargestellten Vorrichtung im Sinne des
Uhrzeigers verdreht. In diesem Falle bleibt der Arm 48, dessen räumliche Lage der
Kreisel 13 feststellt, entgegen dem Uhrzeigersinne zurück und bewegt durch Vermittlung
eines Zwischenhilfsmotors S, der auch, gemäß Fig. ia, in dem Schieber 35 eingebaut
sein könnte, den Schieber 35 mittels des Hebels 33, 34 um den festen Punkt 33 nach
abwärts. Demzufolge kommt der Zylinderraum 36 mit der Druckleitung und der Raum
37 mit der Atmosphäre in Verbindung. Der sich nach aufwärts bewegende Hilfsmotorkolben
38 dreht also mit Hilfe der Lenkeranordnung io, 11, 12, g den Träger 3 so weit zurück,
bis der Arm 48 horizontal liegt und der Schieber 35 seine Mittelstellung erreicht,
wobei der Tr,ger 3 wieder in seine lotrechte Stellung zurückkehrt.